[0001] Die Erfindung betrifft in allgemeiner Form eine Vorrichtung zum regelbaren Antrieb
großer Massen, d.h. zum Antrieb solcher Anlagen und - insbesondere - Fahrzeuge, bei
denen es wichtig ist, eine insbesondere hydrostatische Kraftübertragung in einem großen
Geschwindigkeitsbereich vorzunehmen und dabei zu gewährleisten, daß vor allem beim
Anlauf und im unteren Geschwindigkeitsbereich sehr große Antriebsmomente übertragen
werden können, ohne dadurch den insgesamt zur Verfügung stehenden Geschwindigkeitsbereich
unerwünscht einzuschränken.
[0002] Insbesondere soll sich die vorliegende Erfindung für sogenannte Schwerlast- und Schwerstlastfahrzeuge
mit einer Vielzahl von Achsen eignen.
[0003] Bei derartigen Fahrzeugen, die für sehr große Nutzlasten, wie z.B. große und schwere
Industrieausrüstungen, vorgesehen sind, wird immer häufiger die Forderung erhoben,
daß einerseits in der Anfahrphase und an Steigungen ein hohes Antriebsmoment zur Verfügung
steht und andererseits bei Fahrt auf im wesentlichen ebener Strecke eine ausreichend
hohe Geschwindigkeit erzielt werden kann, die das Befahren von Autobahnen ermöglicht,
wofür in der Regel eine Mindestgeschwindigkeit von 62 km/h erforderlich ist.
[0004] Bisher wurde versucht, diese Forderungen dadurch zu erfüllen, daß man möglichst viele
Achsen mit der entsprechenden Kraft angetrieben hat, um sowohl das benötigte große
Antriebsmoment zu erzielen als auch die geforderten Geschwindigkeiten zu erreichen.
Dieser Lösungsweg ist jedoch im Hinblick auf den zu treffenden konstruktiven Aufwand
unbefriedigend.
[0005] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, die
es ermöglicht, unter Verwendung eines hydrostatischen Antriebes eine in einem vergleichsweise
großen Geschwindigkeitsbereich stufenlos regelbare Kraftübertragung zu gewährleisten,
die sowohl bei niedrigen Geschwindigkeiten die jeweils erforderlichen hohen Antriebsmomente
erbringt und gleichzeitig entsprechend hohe Geschwindigkeiten zuläßt, wobei im Falle
des Antriebes von Schwerlastfahrzeugen ein besonders kompakter und platzsparender
Aufbau des Antriebes und eine Reduzierung der Anzahl angetriebener Achsen ermöglicht
werden soll.
[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen,
wobei sich durch die Kombination von Merkmalen der Ansprüche besonders vorteilhafte
Ausgestaltungen erzielen lassen.
[0007] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen
einer von einer Antriebsmaschine, wie Dieselmotor od.dgl., getriebenen Eingangswelle
und einer die anzutreibende Anlage bzw. das anzutreibende Fahrzeug oder ein Fahrzeugrad
treibenden Ausgangswelle in einem besonders großen Maße stufenlos veränderbar ist,
wenn zwischen der Ausgangswelle und der Eingangswelle ein Umlaufgetriebe mit zwei
Antriebswellen angeordnet ist, die sich von der Eingangswelle mittels zwischengeschalteter
hydraulischer Kraftübertragungen derart antreiben lassen, daß (innerhalb,eines konstruktiv
vorgegebenen Bereiches) ein beliebiges Verhältnis der Drehzahlen der Antriebswellen
- insbesondere mit der Möglichkeit des Stillsetzens einer Antriebswelle und insbesondere
mit der zusätzlichen Möglichkeit, die Drehrichtung der Antriebswellen relativ zueinander
zu verändern - eingestellt werden kann.
[0008] Wenn beispielsweise das Sonnenrad eines Planetengetriebes mit der einen Antriebswelle
und der Hohlradkranz dieses Planetengetriebes mit der anderen Antriebswelle und die
Ausgangswelle mit dem Planetenträger des Planetengetriebes antriebsmäßig verbunden
sind, so wird das Ubersetzungs
- verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangswelle äußerst stark von hoher Übersetzung
in Richtung geringer Übersetzung verändert, wenn das Sonnenrad und der Hohlradkranz
zunächst bei gegenläufigen Drehrichtungen mit ähnlichen Drehzahlen und danach wiederum
mit ähnlichen Drehzahlen, jedoch mit gleicher Drehrichtung angetrieben werden. Zwischen
diesen extremen (hohen und niedrigen) Übersetzungsverhältnissen werden dann beliebige
Übersetzungen dadurch erreicht, daß z.B. der Hohlradkranz (oder das Sonnenrad) gegenüber
dem Sonnenrad (oder dem Hohlradkranz) mit verminderter Drehzahl angetrieben bzw. stillgesetzt
wird.
[0009] Als hydraulische Kraftübertragung zwischen der Eingangswelle und den Antriebswellen
dienen zweckmäßig separate Fluidkreise mit jeweils einem eine der Antriebswellen antreibenden,
hydrostatischen Motor und jeweils einer von der Eingangswelle angetriebenen Pumpe,
wobei zumindest eine der Pumpen und/oder einer der Hydromotoren variabel ist, d.h.
das Verhältnis zwischen Drehzahl und Durchfluß- bzw. Fördermenge (Durchsatz) des hydrostatischen
Mediums ist bei variablen Pumpen und Hydromotoren einstellbar veränderlich. Damit
wird die Möglichkeit geschaffen, das Verhältnis der Drehzahlen der Hydromotoren in
der gewünschten Weise zu verändern und den einen oder anderen Hydromotor stillzusetzen,
so daß das Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangswelle in der
oben beschriebenen Weise verändert werden kann.
[0010] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung
mit einem Planetengetriebe,
Fig. 2 eine schematische Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung
mit zwei Planetengetrieben und
Fig. 3 eine Umschaltventilanordnung, welche mit einer Konstantpumpe kombiniert ist
und die Laufrichtung eines Hydromotors umzuschalten gestattet, der zusammen mit der
Pumpe in einem gemeinsamen Fluidkreis angeordnet ist.
[0011] Nach Fig. 1 ist an einem Dieselmotor 6 ein Verteilergetriebe 7 angeschlossen, welches
zwei Pumpen 8, 9 antreibt, indem die vom Dieselmotor 6 angetriebene Eingangswelle
30 mittels eines auf ihr angeordneten Zahnrades 31 die damit kämmenden Antriebszahnräder
32 und 33 der Pumpen 8, 9 antreibt, von denen im dargestellten Beispiel die Pumpe
8 variabel und die Pumpe 9 konstant ausgebildet ist.
[0012] Die Pumpe 8 liegt in einem Fluidkreis 10 und treibt einen Konstantmotor 12, während
die Pumpe 9 in einem Fluidkreis 11 angeordnet ist, in dem sich ein Konstantmotor 13
befindet. Bei diesen Motoren 12, 13 handelt es sich um Hydromotoren, die jedoch nicht
notwendigerweise als Konstantmotoren ausgebildet sein müssen, sondern auch regelbar,
d.h. variabel sein können. Wichtig ist, daß jedem Fluidkreis 10, 11 eine separate
Pumpe 8, 9 zugeordnet ist.
[0013] In die einzelnen Fluidkreise können auch mehrere Motore 12, 13 zum Antrieb mehrerer
Räder 5 eingeschaltet sein.
[0014] Der Hydromotor 13 ist über eine erste Antriebswelle 16 mit dem Sonnenrad 1 eines
Umlauf- bzw. Planetengetriebes verbunden. Der Hohlradkranz 4 des Umlauf- bzw. Planetengetriebes
ist ebenfalls drehbar gelagert und kämmt mit einem Antriebsritzel 15, das mit einer
zweiten Antriebswelle 14 mit dem Hydromotor 12 verbünden ist. Der Hohlradkranz 4 kann
damit über den Hydromotor 12, dessen Drehrichtung und Drehzahl durch Veränderung der
Einstellung der Pumpe 8 stufenlos veränderbar ist, stufenlos in beiden Drehrichtungen
angetrieben werden. Der Abtrieb zum jeweiligen Antriebsrad 5 erfolgt über die Planetenräder
2, welche am Planetenträger 3 drehgelagert sind, der seinerseits mit der das Antriebsrad
5 treibenden Ausgangswelle 40 drehfest verbunden ist.
[0015] Es sei angenommen, daß beide Hydromotoren 12, 13 die gleiche Übersetzung haben und
beide Pumpen 8, 9 - aufgrund entsprechender Einstellung der variablen Pumpe 8 - in
ihrem Hubvolumen ebenfalls gleich groß sind. Als Folge davon drehen beide Hydromotoren
12, 13 gleich schnell.
[0016] Wenn nun - durch entsprechende Einstellung der Förderrichtungen der Pumpen 8, 9 -
beide Hydromotoren 12, 13 mit gleicher Drehrichtung angetrieben werden, so drehen
sich das Sonnenrad 1 und der Hohlradkranz 4 in einander entgegengesetzten Richtungen,
so daß der Planetenträger 3 stillsteht und kein Abtrieb zum Antriebsrad 5 erfolgt,
wenn der Hohlradkranz 4 im Bereich seiner mit den Planetenrädern 2 zusammenwirkenden
Innenverzahnung und das Sonnenrad 1 im Bereich seiner mit den Planetenrädern 2 zusammenwirkenden
Außenverzahnung gleiche Umfangsgeschwindigkeiten haben. Mit beginnender Verkleinerung
des Hubvolumens der variablen Pumpe 8 ändert sich die Drehzahl des Hydromotors 12
relativ zur Drehzahl des Hydromotors 13, so daß das Sonnenrad 1 und der Hohlradkranz
4 mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten in entgegengesetzten Richtungen laufen
und sich ein Abtrieb zum Antriebsrad 5 einstellt, der durch Veränderung der Einstellung
der Pumpe 8 stetig regelbar ist.
[0017] Wird die variable Pumpe 8 durch Verstellung ihres Schwenkwinkels in ihrem Hubvolumen
bis zum Null-Hub reduziert, so ist dies gleichbedeutend damit, daß der Hydromotor
12 und der Hohlradkranz 4 stillstehen. Die Antriebsleistung des Dieselmotors 6 wird
damit über die Pumpe 9 auf den Hydromotor 13 übertragen.
[0018] Gegebenenfalls kann der Hohlradkranz 4 zusätzlich - oder alternativ - mit einer Lamellenbremse
20 festgehalten werden, so daß der Hydromotor 12 entlastet ist, d.h. keine Haltekräfte
zum Stillhalten des Hohlradkranzes 4 aufbringen muß.
[0019] Wird nun der Schwenkwinkel der variablen Pumpe 8 - nachdem die gegebenenfalls vorhandene
Lamellenbremse 20 gelöst wurde - stufenlos weiterverstellt, so fördert die Pumpe 8
in entgegengesetzter Richtung; dementsprechend dreht sich die Antriebsdrehrichtung
des Hydromotors 12 um, und der Hohlradkranz 4 dreht sich - zunächst mit geringer Drehzahl
- in gleicher Richtung wie das Sonnenrad 1. Bei vollem Schwenkwinkel bzw. vollem Hub
der variablen Pumpe 8 in der genannten (geänderten) Richtung treiben die Hydromotoren
12 und 13 schließlich das Sonnenrad 1 und den Hohlradkranz 4 mit gleicher Drehzahl
und gleicher Drehrichtung an, so daß auch der Planetenträger 3 mit derselben Drehzahl
und derselben Drehrichtung läuft.
[0020] Während der dargestellten Verstellung der variablen Pumpe 8 - zunächst sehr hohes
Hubvolumen in der einen Förderrichtung, dann-kontinuierliche Verminderung des Hubvolumens
bis zum Nullhub und danach kontinuierliche Erhöhung des Hubvolumens in entgegengesetzter
Förderrichtung - hat sich die Gesamtübersetzung zwischen der vom Dieselmotor 6 angetriebenen
Eingangswelle 30 und der das Antriebsrad 5 treibenden Ausgangswelle 40 über einen
sehr weiten Bereich stufenlos geändert.
[0021] Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen
wie in Fig. 1 verwendet.
[0022] Die Variante nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 im
wesentlichen dadurch, daB zum ersten Planetengetriebe noch ein zweites Planetengetriebe
in Reihe geschaltet ist, wobei der Planetenträger 3 des ersten Planetengetriebes direkt
mit dem Sonnenrad 17 des zweiten Planetengetriebes verbunden ist. Der Abtrieb vom
zweiten Planetengetriebe erfolgt wiederum über die Planetenräder 22 dieses zweiten
Planetengetriebes, welche am Planetenträger 18 drehgelagert sind, der seinerseits
mit der Ausgangswelle 40 zum Antrieb des Rades 5 drehfest verbunden ist. Der Hohlradkranz
19 ist bei diesem zweiten Planetengetriebe drehfest angeordnet.
[0023] Darüber hinaus sind die Pumpen 8 und 9 in Fig. 2 beide variabel ausgebildet, d.h.
sowohl die Förderrichtung als auch das Fördervolumen können verändert werden.
[0024] Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Planetengetriebe werden bevorzugt in an
sich bekannter Weise in der Radnabe oder im Bereich der Radnabe des Antriebsrades
5 untergebracht. In Fig. 1 ist durch eine strichlierte Trennlinie kenntlich gemacht,
daß der Dieselmotor, das Verteilergetriebe 7 sowie die Pumpen 8, 9 zentral zu einem
Antriebsblock zusammengefaßt werden können und die Motoren 12, 13 mit zugeordneten
Getrieben unmittelbar in Radnähe untergebracht sind.
[0025] Abweichend von der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform kann gegebenenfalls das
zweite Planetengetriebe auch durch ein normales Zahnradgetriebe ersetzt werden, bei
dem beispielsweise das in diesem Falle relativ kleine Zahnrad 17 unmittelbar mit einem
größeren Zahnrad kämmt, welches auf der Ausgangswelle 40, d.h. auf der Achse des Rades
5 angeordnet ist. Der Vorteil dieser letzteren Anordnung liegt in der größeren Einfachheit,
während der Vorteil des zweiten Planetengetriebes vor allem darin zu sehen ist, daß
auch bei geringem Raumbedarf eine hohe übersetzung erreichbar ist.
[0026] Darüber hinaus ist es grundsätzlich auch möglich, den Hohlradkranz 19 des zweiten
Planetengetriebes drehbar anzuordnen und mittels eines (nicht dargestellten) dritten
Hydromotors anzutreiben, welcher zusammen mit einer dritten (nicht dargestellten)
Pumpe in einem weiteren separaten Fluidkreis angeordnet ist.
[0027] Bei der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß die Hydromotoren 12 und
13 in den Figuren 1 und 2 und damit auch der Hohlradkranz 4 sowie das Sonnenrad 1
in einander, entgegengesetzten oder gleichgerichteten Richtungen laufen können. Dadurch
wird eine extreme Veränderbarkeit des Gesamtübersetzungsverhältnisses zwischen Eingangswelle
30 und Ausgangswelle 40 erreicht. Falls eine derart extreme Veränderbarkeit nicht
notwendig ist, genügt es, wenn das Sonnenrad 1 und der Hohlradkranz 4 immer mit gleicher
Drehrichtung angetrieben werden; auch dann lassen sich noch große Änderungen des Gesamtübersetzungsverhältnisses
erzielen, wenn das Verhältnis der Drehzahlen von Sonnenrad 1 und Hohlradkranz 4 hinreichend
weit veränderbar ist, d.h. wenn insbesondere die Drehzahl des Hohlradkranzes 4 (oder
des Sonnenrades 1) zwischen Stillstand und einer dem Sonnenrad 1 (oder dem Hohlradkranz
4) entsprechenden Drehzahl beliebig veränderbar ist.
[0028] In Fig. 3 ist nochmals ein Fluidkreis mit Pumpe 9 und Hydromotor 13 sowie einer Umschaltventilanordnung
50 dargestellt. Die Ventilanordnung 50 besteht im wesentlichen aus zwei Ventilen,
welche schematisch durch Schieber 51 und 52 wiedergegeben werden, welche sich aus
der dargestellten Lage simultan in Pfeilrichtung s verschieben lassen. Damit wird
die Möglichkeit geschaffen, bei gleichbleibender Förderrichtung x der Pumpe 9 die
Strömung des hydraulischen Mediums des Fluidkreises in Richtung y bei der dargestellten
Lage der Schieber 51 und 52 in die Richtung z umzuschalten, welche der in Richtung
s verschobenen Lage der Schieber 51 und 52 zugeordnet ist.
1. Vorrichtung zum regelbaren Antrieb großer Massen, insbesondere zum Antrieb der
Räder von Fahrzeugen mit sehr großer Nutzlastrate, zum Antrieb von Werkzeugmaschinen,
Fördereinrichtungen od.dgl., gekennzeichnet durch ein zumindest einstufiges, einer
Kraftquelle (6) zugeordnetes Planeten- bzw. Umlaufgetriebe (1 bis 4) mit wenigstens
zwei Antriebswellen (14,16), die jeweils mit einem hydrostatischen Antriebsmotor (12,13)
verbunden sind, sowie mit einer Einrichtung (8,9,12,13) zur - insbesondere stufenlosen
- Regelung der Drehzahl zumindest eines der hydrostatischen Antriebsmotoren (12,13),
wobei vorzugsweise eine der beiden Antriebswellen (14,16) direkt mit dem Sonnenrad
(1) des Planeten- bzw. Umlaufgetriebes und die andere der Antriebswellen (14,16) mit
dem drehbar gelagerten Hohlradkranz (4) des Planeten- bzw. Umlaufgetriebes gekuppelt
sind und der Planetenradträger (3) des Planeten- bzw. Umlaufgetriebes mit einer Abtriebswelle
(40) antriebsmäßig gekoppelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle des
Planeten- bzw. Umlaufgetriebes (1 bis 4) die Eingangswelle für ein nachgeschaltetes
Getriebe bildet., wobei das nachgeschaltete Getriebe vorzugsweise ein weiteres Planeten-
bzw. Umlaufgetriebe (17 bis 19, 22) ist, dessen Eingangswelle mit dem Sonnenrad (17)
verbunden ist und dessen Hohlradkranz (19) entweder drehfest oder drehbar gelagert
und - insbesondere über eine weitere Antriebswelle - in beiden Drehrichtungen antreibbar
ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Antriebs- und Abtriebswellen der in Reihe geschalteten Umlauf- bzw. Planetengetriebe
koaxial verlaufen und - bei Anordnung der Vorrichtung an einem Fahrzeug - vorzugsweise
zumindest ein Umlauf- bzw. Planetengetriebe in der Radnabe eines Antriebsrades (5)
angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die übersetzung
jeder Getriebestufe im Bereich von 1:6 bis 1:8 liegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den
einzelnen Antriebswellen (14,16) zugeordneten Hydromotoren (12,13) in voneinander
getrennten, jeweils zumindest eine Pumpe (8,9) aufweisenden Fluidkreisen (10,11) angeordnet
sind, wobei die Drehzahl zumindest eines der Hydromotoren (12,13) veränderbar ist,
indem einer der Hydromotoren (12,13) und/oder eine der Pumpen (8,9) variabel ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Fluidkreisen
(10,11) angeordneten Pumpen (8,9) jeweils gleiches Hubvolumen besitzen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede
variable Pumpe (8,9) über ihren vollen Schwenkwinkel verstellbar ist und damit die
von diesen Pumpen gespeisten Motore (12,13) in beiden Richtungen antreibbar und bei
Null-Hub der jeweiligen Pumpe (8,9) stillsetzbar sind, wobei der Stillstand vorzugsweise
zusätzlich durch eine Bremse (20) sicherbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Konstantpumpen
(8,9) zur Drehrichtungsumschaltung der jeweils gespeisten Hydromotore (12,13) mit Umschaltventilen
(50 bis 52) kombiniert sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Pumpen
(8,9) ein gemeinsames Verteilergetriebe (7) zugeordnet ist, an das die Pumpen (8,9)
vorzugsweise angeflanscht sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß entweder das Verteilergetriebe
(7) mit variabler Drehzahl - insbesondere mittels eines Verbrennungsmotors (9) - angetrieben
und die Steuerung bzw. Regelung der variablen Pumpen drehzahlabhängig vorgenommen
ist oder das Verteilergetriebe (7) mit konstanter Drehzahl angetrieben ist und für
zumindest eine variable Pumpe (8,9) Verstellorgane vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine
als Kraftquelle angeordnete Antriebsmaschine - z.B. ein Dieselmotor
(6) - zumindest zwei hydrostatische Pumpen (8,9) simultan - z.B. über ein zwischengeschaltetes
Verteilergetriebe (7) - antreibt, daß zwischen Druck- und Saugseite jeder Pumpe (8,9)
zumindest ein von der jeweiligen Pumpe (8,9) gespeister hydrostatischer Motor (12,13)
geschaltet ist, welcher jeweils eine der Antriebswellen (14,16) des Umlauf- bzw. Planetengetriebes
(1 bis 4) antreibt, und daß zumindest eine der Pumpen (8,9) und/oder einer der Hydromotoren
(12,13) variabel sind, indem das Verhältnis zwischen Drehzahl und Durchsatz des hydraulischen
Mediums einstellbar veränderlich ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß beide
hydrostatische Motoren (12,13) Konstantmotoren sind, von denen der eine zusammen mit
der einen als Konstantpumpe ausgebildeten Pumpe (9) und der andere zusammen mit der
anderen Pumpe (8), welche variabel ist, jeweils in einem separaten Fluidkreis (10,11)
angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine
der Antriebswellen (14,16) bzw. ein damit antriebsmäßig gekoppeltes Teil, insbesondere
der Hohlradkranz (4) eines Planetengetriebes (1 bis 4), mittels einer Lamellenbremse
(20) stillsetzbar ist.